Volkswagen (VW) ID.3 hatchback, yang diperkenalkan pada tahun 2019, dianggap sebagai salah satu kenderaan elektrik terlaris (EV) di Eropah, dan telah membuka bab menarik di pasaran EV yang akan menyaksikan lebih banyak model lagi pada tahun 2030. The ID.3 adalah kenderaan elektrik pertama VW yang dilancarkan dalam "ID." keluarga dan mewakili "era mobiliti elektrik baru untuk semua."
ID.3 menyoroti perubahan yang dimulakan oleh syarikat Jerman untuk beralih dari enjin pembakaran ke EV bateri di seluruh jenamanya, sambil memperkuat strategi platform pembuatannya. ID tersebut. kelas kenderaan dipanggil bab utama ketiga VW, mengikuti Beetle and Golf yang sangat berjaya dan ikonik. Yang mendasari perkembangannya, tentu saja, adalah perlunya mematuhi peraturan pelepasan global.
Kumpulan Volkswagen beralih ke strategi platform modular beberapa tahun yang lalu yang membolehkan syarikat berkongsi modul dan sistem di seluruh jenama dan model. Salah satu yang paling baru adalah platform modular fleksibel MBQ, yang diperkenalkan pada tahun 2012, yang dirancang untuk berkongsi sebanyak mungkin komponen antara pelbagai jenama sambil masih meninggalkan ruang yang cukup untuk penyesuaian dan keserasian dengan pelbagai jenis mesin. Ia juga dapat menyesuaikan diri dengan dimensi model yang berbeda, berkat kemungkinan mengubah jarak roda (jarak antara roda depan dan belakang) dan lebar platform. Sistem platform menargetkan kenderaan melintang, mesin depan, dan roda depan.
Falsafah pembuatan ini telah dialihkan ke pengeluaran kenderaan elektrik sepenuhnya dengan platform MEB (matriks pemacu elektrik modular) baru, yang sesuai dengan keperluan reka bentuk untuk e-mobiliti. Beberapa kenderaan elektrik pertama yang dibina di platform MEB termasuk ID.3 untuk pasaran Eropah dan crossover ID.4, yang akan dijual di AS dan Asia.
Gambar 1: Platform MEB dan MBQ Volkswagen. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Platform MEB adalah seni bina berskala yang dibuat khusus untuk EV dan akan menyokong semua model EV dari jenama VW Group yang lain. Ia juga telah dilesenkan untuk digunakan oleh Ford. Perjanjian yang baru disahkan ini sangat penting dalam membantu VW memulihkan kos pembangunannya yang besar dan akan membolehkannya mengekalkan harga yang rendah melalui skala ekonomi.
Salah satu faktor utama yang mempengaruhi penggunaan EV adalah kos. Pengguna tidak mahu membayar premium harga. Elemen reka bentuk bersama dalam strategi platform VW menawarkan kelebihan utama, termasuk daya beli dan pengembangan yang lebih cepat, menghasilkan biaya yang lebih rendah sambil memberikan sekumpulan penyelesaian teknikal yang kaya, semua yang diperlukan untuk mendorong penggunaan EV.
Dalam temu bual dengan EE Times, Romain Fraux, CEO, System Plus Consulting, membincangkan inovasi perkakasan utama yang dilaksanakan pada ID.3 EV yang padat dan ekonomi. Atas kekuatan ciptaan modular, Volkswagen Group telah mencipta beberapa model dari pelbagai jenama yang mempunyai asas yang sama.
Daripada Volkswagen Golf ke SEAT Leon ke Audi A3 Sportback dan Škoda Octavia dan lain-lain, platform MBQ adalah yang membezakannya, dan kini, falsafah pembinaan ini telah dipindahkan kepada pengeluaran kereta elektrik oleh Kumpulan Teutonik dengan yang baharu. Platform MEB, terutamanya untuk versi ID.3 dan ID.4, kata Fraux. Objektif yang bercita-cita tinggi, ia adalah cabaran komersial yang mengeksploitasi a teknologi direka untuk mengurangkan kos dan mencipta produk yang sentiasa terkini, tambahnya.
Manfaat terbesar dari platform modular ialah ia membolehkan bahagian tertentu diseragamkan sehingga dapat digunakan untuk semua kemungkinan varian model, kata Fraux. "Kami berbicara tentang bahagian struktur, elemen sokongan, dan juga modul yang membentuk lebar lantai yang sebenarnya dan, di atas semua, mekanik, enjin, kotak gear, transmisi, dan peralatan."
Platform MEB menyediakan fleksibiliti dalam reka bentuk badan dan dalaman yang menentukan untuk ciri gaya kenderaan, seperti jarak roda. Ia juga menyampaikan sistem bateri berskala dengan pelbagai kemungkinan untuk susun atur bateri. Pek bateri boleh mempunyai sama ada struktur 5 × 2-sel atau 6 × 2-sel; bukan setiap sel semestinya perlu mengandungi bateri modul.
Fraux memeriksa dua sistem utama dalam ID.3, model pertama yang akan dibina di platform MEB: sistem bantuan pemandu (ADAS) dan elektrik, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.
"Untuk ADAS, kami menganalisis bantuan depan dengan kamera generasi terakhir Valeo dan radar jarak pertengahan & jarak pendek oleh Continental," katanya. "Sistem peringatan perlanggaran ke depan [disertakan dalam bantuan depan] dapat membantu memantau lalu lintas dan dapat memberi amaran kepada anda secara akustik dan visual mengenai kemungkinan perlanggaran belakang dengan kenderaan bergerak ke depan. Untuk ADAS, ada Hella RS4 untuk pemantauan buta, bantuan pertukaran jalur, dan amaran lalu lintas belakang. "
"Untuk elektrik, kami menganalisis penyongsang, pengecas on-board, dan sistem pengurusan bateri [BMS]," tambahnya.
Gambar 2: ADAS utama & sistem elektrifikasi dianalisis. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Penyelesaian ADAS
ID.3 dilengkapi dengan pelbagai sistem bantuan pemandu. Dianggap sebagai ADAS Tahap 2, ID.3 memanfaatkan pembekal yang sama dan, dalam kebanyakan kes, komponen yang sama dengan Golf 8, yang sebelumnya dinilai oleh System Plus Consulting, dibangun di atas platform MBQ.
Tidak ada kejutan dalam sistem kamera, kata Fraux. "Kita dapat melihat bahawa reka bentuk kad sedikit berbeza tetapi pilihan komponennya serupa."
Sistem amaran perlanggaran ke depan (termasuk dalam bantuan depan) dapat membantu memantau lalu lintas dan memberi amaran kepada pemandu secara akustik dan visual mengenai kemungkinan perlanggaran belakang dengan kenderaan bergerak ke depan. Sekiranya merasakan perlanggaran segera berlaku, brek kecemasan autonomi (termasuk dalam bantuan depan) dapat menyokong pemandu dengan tekanan brek yang meningkat atau, jika pemandu tidak bertindak balas sama sekali, ia boleh menggunakan brek secara automatik.
Fitur pemantauan pejalan kaki (termasuk dalam bantuan depan) dapat memberi amaran kepada pejalan kaki yang melintas di depan kenderaan dan, dalam keadaan tertentu, dapat melakukan brek secara automatik untuk membantu mengurangkan hasil perlanggaran dengan pejalan kaki jika pemandu tidak memberi respons kepada amaran
Menggunakan kamera yang sama dengan Golf 8, bantuan kamera depan terdiri daripada papan kamera depan generasi terbaru Valeo dengan Intel / Mobileye EyeQ4M, OmniVision OV10642 CIS 1.3 megapixel (MP) sensor, dan mikrokontroler 850-bit (MCU) RH1 / P32H-C Seri Renesas.
Sensor 1.3-MP menyokong array aktif 1280 × 1080 piksel dan output gambar RAW hingga 60 bingkai sesaat. Siri RH850 / P1H-C mempunyai 32-bit dengan CPU dwi-teras, teknologi keselamatan, flash kod, flash data, modul RAM, pengawal DMA, banyak antara muka komunikasi yang digunakan dalam aplikasi automotif, penukar A / D, unit pemasa, dan lain-lain.
Gambar 3: Papan kamera depan Valeo. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Radar depan menampilkan teknologi 77-GHz generasi kelima Continental dengan reka bentuk dua papan. Ia terdiri daripada NICP chip tunggal MMIC 3Tx4Rx dalam WLCSP dan 32-bit MCU. Satu papan digunakan untuk kawalan pengkomputeran dan yang lain untuk penginderaan.
Gambar 4: Sistem radar bantuan depan Continental. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: Perundingan Sistem Plus)
Mirip dengan Golf 8, Hella RS4 mempunyai pemantauan buta, pembantu pertukaran lorong dan amaran lalu lintas belakang. Papan ini terdiri daripada TC26x TriCore MCU dari Infineon dan STRADA431 MMIC dari STMicroelectronics. STRADA431 adalah transceiver cip tunggal untuk radar automotif yang merangkumi jalur frekuensi dari 24 hingga 24.25 GHz agar sesuai dengan aplikasi jalur ISM.
Sistem elektrik
Sistem powertrain EV melibatkan beberapa penyelesaian, dari pengecas on-board hingga bateri dan sistem pengurusannya. Bateri hari ini mendorong keseluruhan kos, dan ini ditentukan terutamanya oleh kos per sel dan selongsong perlindungan mekanikalnya.
Empat bahagian utama sistem elektrik ID.3 adalah penukar DC / DC dari Bosch, sistem pengurusan bateri (BMS) dari Huber Automotive, penyongsang dari Valeo-Siemens, dan pengecas on-board dari Kostal (Rajah 5). ID.3 dilengkapi dengan motor yang dipasang tepat di depan gandar belakang dan transmisi satu kelajuan dan menggunakan motor elektrik magnet tetap APP 310 tanpa berus. Singkatan "APP" bermaksud bahawa motor dan transmisi disusun sejajar dengan gandar, sementara angka tersebut mewakili tork maksimum, mampu menghasilkan 310 Nm. Nombor ini memberikan idea pecutan.
Gambar 5: Sistem elektrifikasi utama. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: Perundingan Sistem Plus)
Inti ID.3 adalah bateri. Tiga saiz bateri tersedia: 45 kWh (dengan jarak hingga 330 km), 58 kWh (dengan jarak hingga 420 km), dan yang terbesar, 77 kWh dengan jarak 550 km. Yang terakhir mempunyai 12 modul, masing-masing terdiri daripada 24 sel lithium-ion. Ia beroperasi pada 408 V dan juga dapat diisi ulang dengan arus terus, hingga 125 kW.
Baterai mempunyai sistem penyejukan cairan khusus untuk pengurusan suhu yang optimum dan diletakkan di dalam selongsong aluminium yang juga memiliki kerangka penyerap kejutan terpadu untuk menjaga integritas komponen di dalamnya.
Inverter, seperti ditunjukkan dalam Rajah 6, direka oleh Valeo Siemens dan menggunakan Infineon's IGBT dan teknologi MCU dengan CPLD Intel. IGBT Infineon ialah FS820R08A6P2B (820 A/750 V): modul enam pek yang dioptimumkan untuk penyongsang 150-kW. Modul kuasa melaksanakan penjanaan cip EDT2 IGBT, yang merupakan reka bentuk sel hentian medan parit corak mikro automotif. Chipset mempunyai ketumpatan arus penanda aras digabungkan denganlitar kekasaran dan peningkatan sekatan voltan untuk operasi penyongsang yang boleh dipercayai dalam keadaan persekitaran yang teruk.
Gambar 6: Pembongkaran penyongsang. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: Perundingan Sistem Plus)
Inverter terdiri daripada tiga peringkat. Yang pertama ialah peringkat input yang mengeluarkan voltan DC daripada pek bateri dan terdiri daripada beberapa kapasitor dan penapis EMI. Peringkat kedua ialah penukaran DC/DC menggunakan pautan DC kapasitor, yang menapis dan melicinkan voltan DC dalam rel bas DC. Peringkat terakhir memulakan penukaran melalui pensuisan frekuensi tinggi dan menghantar kuasa terbalik kepada beban (motor elektrik).
Pautan DC mesti menyeimbangkan daya sesaat yang berubah-ubah yang dihasilkan sebagai "riak" yang dihasilkan oleh tahap IGBT. Penyelesaian boleh menggunakan teknologi kapasitor yang berbeza seperti elektrolitik aluminium, filem, dan seramik. Riak pada nod pautan DC mempengaruhi prestasi kerana setiap kapasitor mempunyai sejumlah impedans (dan induktansi diri). Kos penyongsang ini, seperti yang ditunjukkan oleh Fraux, adalah sekitar $ 335, terutamanya disebabkan oleh komponen elektronik. IGBT dan MCU Infineon menyumbang hampir 30% daripada jumlah kos penyongsang. (Rajah 7).
Rajah 7: Gambarajah blok penyongsang. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: Perundingan Sistem Plus)
Pengecas on-board dihasilkan oleh Kostal di China, dengan dimensi 480 × 313 × 102 mm dan berat 10.48 kg (Rajah 8). Pilihan perkakasan ditujukan ke arah MCU Renesas dan IGBT Infineon /mosfet, seperti yang ditunjukkan dalam rajah blok di Rajah 9.
Gambar 8: Pembongkaran pengecas on-board. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Gambar 9: Gambarajah blok pengecas on-board. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
Pek bateri yang dipasang pada EV terdiri daripada beberapa modul sel yang dihubungkan secara bersiri dan selari. Litar elektronik yang diperlukan untuk pengurusan modul sel disebut sistem pengurusan bateri. BMS merangkumi satu atau lebih peringkat penukaran kuasa dan sistem tertanam berasaskan MCU untuk menangani semua aspek yang berkaitan dengan subsistem kuasa. Semasa proses pengisian atau pengosongan bateri EV, adalah wajib untuk memantau status setiap sel milik pek bateri. BMS ID.3 terdiri daripada empat hamba dan master dengan penyelesaian dari STMicroelectronics dan NXP, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 10.
Gambar 10: NXP adalah penyedia utama BMS. Klik gambar di atas untuk memperbesar (Sumber: System Plus Consulting)
BMS menguruskan keseluruhan rangkaian sel litium (sel tunggal atau keseluruhan pek bateri), menentukan kawasan operasi yang selamat, iaitu, di mana pek bateri menjamin prestasi teknikal dan tenaga yang terbaik. Dalam praktiknya, BMS adalah sistem elektronik untuk kawalan penuh semua fungsi diagnostik dan keselamatan untuk pengurusan voltan tinggi di atas kenderaan dan pengimbangan cas elektrik.
Dengan penggunaan EV yang semakin meningkat, impak pada sektor BMS akan menjadi besar, kerana EV digerakkan oleh puluhan atau ratusan sel. Kesalahan pengurusan boleh mencetuskan masalah elektrik yang besar. BMS mengoptimumkan prestasi kereta elektrik dan memastikan keselamatan pek bateri.
Artikel asal yang disiarkan di penerbitan saudari EE Times.
Terdapat banyak, banyak cadangan untuk terminologi alternatif untuk "tuan / hamba," yang tidak dipersetujui secara meluas. IEEE sering diandalkan untuk menentukan terminologi industri; organisasi sedang dalam proses untuk melakukannya. Buat masa ini, sementara menunggu standard baru atau konsensus yang baru muncul, EE Times terus menggunakan terminologi standard. Baca: Sudah tiba masanya bagi IEEE untuk Bersara 'Master / Slave'